本發明涉及一種用丙烯酸酯在二氧化鈦表面聚合的方法。
背景技術：
二氧化鈦(Ti O2)，俗稱鈦白粉，是最重要的白色顏料之一，廣泛應用于涂料、油墨、造紙、塑料與合成纖維等領域。二氧化鈦具有高于鋅白，鉛白和硫酸鋇等白色顏料的折射率，表現出優異的光學性能，同時具有穩定的化學性能，無毒，來源廣泛等優點，使其成為理想而有效的無機顏料，也是目前現代生活中極為普遍和重要的功能粉體材料。近年來，二氧化鈦在大氣治理，水中制取氫氣、傳感器、光伏電池、有機合成等領域中得到廣泛應用。
涂料工業是二氧化鈦的第一大用戶，二氧化鈦大部分被涂料工業所消耗。二氧化鈦是涂料生產中最重要的顏料，其作用不僅僅是遮蓋和裝飾，更重要的是能夠改善涂料的物化性能，增強化學穩定性，提高遮蓋力、消色力、防腐蝕性、耐光和耐候性，增強涂膜的機械強度和附著力，防止開裂和脫落，防止紫外線和水分透過，延長物體的使用壽命。
顏料級二氧化鈦的粒徑范圍在70-100納米，其顆粒表面含大量的羥基，很容易發生團聚，團聚后二氧化鈦的遮蓋能力會受到很大的影響。所以，二氧化鈦使用前要進行較仔細的研磨，研磨過程中加入一定量的分散劑，目的是使二氧化鈦顆粒分開，這樣二氧化鈦遮蓋能力才能得到更大的發揮。另外，二氧化鈦表面對環境非常敏感，少量的雜質就可能造成分散好的顆粒又重新發生團聚，而二氧化鈦的使用范圍非常廣泛，使用場合千差萬別，稍有不慎就會造成分散好的顆粒又重新發生團聚，所以很有必要在二氧化鈦表面包覆一層保護層，將二氧化鈦顆粒隔離開，避免二氧化鈦顆粒的團聚，使二氧化鈦的遮蓋能力得到更大的發揮。
本發明主要是在二氧化鈦表面包覆丙烯酸酯共聚物，應用于水性涂料中。二氧化鈦表面聚合物包覆除了可以減少團聚、最大限度發揮二氧化鈦的遮蓋能力外，還有一些其它好處，總結起來具有以下優點：
（1）可以防止二氧化鈦的團聚，使其保持單分散狀態，增強其遮蓋力，提高了二氧化鈦的利用率。
（2）使用方便，將二氧化鈦漿料與乳液混合再加入其它助劑即可，減少使用時將二氧化鈦的干粉分散成漿料的步驟，且二氧化鈦可能會發生團聚，不能有效分散。
（3）使二氧化鈦不必以干粉狀態進行運輸、使用，而是以漿料進行運輸、使用，避免了二氧化鈦粉塵的產生，既能起到保護環境的效果，又能減少原料的損失。
（4）二氧化鈦表面聚合物包覆后與乳液的相容性更好，可以提高涂料的性能。
為了使聚合物包覆層能與二氧化鈦表面更好地結合，本發明首先用帶雙鍵的硅烷偶聯劑對二氧化鈦表面進行改性，改性的機理為：硅烷偶聯劑的作用過程四步反應，即（1）與硅相連的3個Si-X基水解成Si-OH；（2）Si-OH之間脫水縮合成含Si-OH的低聚硅氧烷；（3）低聚物中的Si-OH與基材二氧化鈦表面上的OH形成氫鍵；（4）加熱固化過程中伴隨脫水反應而與基材二氧化鈦形成共價鍵連接。一般認為，在界面上硅烷偶聯劑的硅與基材二氧化鈦表面只有一個鍵合，剩下兩個Si-OH，或者與其他硅烷中的Si-OH縮合，或者介于游離狀態。硅烷偶聯劑改性后的二氧化鈦表面，硅烷偶聯劑含有不飽和雙鍵乙烯基的基團還留在二氧化鈦表面，再用引發劑過硫酸銨引發與丙烯酸酯共聚物，最后得到了表面包覆聚丙烯酸酯的二氧化鈦。
技術實現要素：
一種用丙烯酸酯在二氧化鈦表面聚合的方法，其特征在于：首先對TiO2進行表面改性，按重量份計將300份TiO2粉末加入到1000份水中，啟動攪拌器攪拌，使TiO2粉末均勻分散在水中，加入1.5份分散劑，將得到的TiO2漿料在高速分散機上進行高速分散，得到單分散的TiO2漿料；稱取3份硅烷偶聯劑，加20份無水乙醇稀釋，將含有硅烷偶聯劑的乙醇溶液緩慢滴加到TiO2漿料中；然后滴加10%的氨水調節漿料的pH值至8-9，在攪拌條件下將TiO2漿料加熱到80℃，并恒溫反應1小時，得到表面經硅烷偶聯劑改性的分散均勻的TiO2漿料；
將由甲基丙烯酸甲酯20份、丙烯酸丁酯20份和α-甲基丙烯酸5份組成的混合單體與水80份、引發劑過硫酸銨1份、乳化劑2份進行預乳化，得到預乳化混合單體乳液；
往上述的80℃TiO2漿料加入0.3份引發劑過硫酸銨，引發反應5分鐘，然后將預乳化好的混合單體乳液緩慢加入到上述的TiO2漿料中，加入時間控制在2-5小時，加入完畢后維持85℃恒溫反應1小時，得到表面經聚丙烯酸酯包覆的TiO2漿料；
所述的硅烷偶聯劑為乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、γ-（甲基丙烯酰氧基）丙基三甲氧基硅烷其中的一種或兩種以上；
所述的乳化劑為壬基酚聚氧乙烯醚硫酸銨；
所述的TiO2粉末為顏料級銳鈦型TiO2；
所述的分散劑為丙烯酸鈉。
具體實施方式
實施例1
首先對TiO2進行表面改性，將300kg顏料級銳鈦型TiO2粉末加入到1000kg水中，啟動攪拌器攪拌，使TiO2粉末均勻分散在水中，加入1.5kg分散劑，將得到的TiO2漿料在高速分散機上進行高速分散，得到單分散的TiO2漿料；稱取3kg乙烯基三乙氧基硅烷，加20kg無水乙醇稀釋，將含有硅烷偶聯劑的乙醇溶液緩慢滴加到TiO2漿料中；然后滴加10%的氨水調節漿料的pH值至8，在攪拌條件下將TiO2漿料加熱到80℃，并恒溫反應1小時，得到表面經硅烷偶聯劑改性的分散均勻的TiO2漿料；將由甲基丙烯酸甲酯20kg、丙烯酸丁酯20kg和α-甲基丙烯酸5kg組成的混合單體與水80kg、引發劑過硫酸銨1kg、乳化劑壬基酚聚氧乙烯醚硫酸銨2kg進行預乳化，得到預乳化混合單體乳液；往上述的80℃TiO2漿料加入0.3kg引發劑過硫酸銨，引發反應5分鐘，然后將預乳化好的混合單體乳液緩慢加入到上述的TiO2漿料中，加入時間控制在2小時，加入完畢后維持85℃恒溫反應1小時，得到表面經包覆的TiO2漿料。
實施例2
首先對TiO2進行表面改性，將300kg顏料級銳鈦型TiO2粉末加入到1000kg水中，啟動攪拌器攪拌，使TiO2粉末均勻分散在水中，加入1.5kg分散劑，將得到的TiO2漿料在高速分散機上進行高速分散，得到單分散的TiO2漿料；稱取3kg乙烯基三甲氧基硅烷，加20kg無水乙醇稀釋，將含有硅烷偶聯劑的乙醇溶液緩慢滴加到TiO2漿料中；然后滴加10%的氨水調節漿料的pH值至9，在攪拌條件下將TiO2漿料加熱到80℃，并恒溫反應1小時，得到表面經硅烷偶聯劑改性的分散均勻的TiO2漿料；將由甲基丙烯酸甲酯20kg、丙烯酸丁酯20kg和α-甲基丙烯酸5kg組成的混合單體與水80kg、引發劑過硫酸銨1kg、乳化劑壬基酚聚氧乙烯醚硫酸銨2kg進行預乳化，得到預乳化混合單體乳液；往上述的80℃TiO2漿料加入0.3kg引發劑過硫酸銨，引發反應5分鐘，然后將預乳化好的混合單體乳液緩慢加入到上述的TiO2漿料中，加入時間控制在5小時，加入完畢后維持85℃恒溫反應1小時，得到表面經包覆的TiO2漿料。
實施例3
首先對TiO2進行表面改性，將300kg顏料級銳鈦型TiO2粉末加入到1000kg水中，啟動攪拌器攪拌，使TiO2粉末均勻分散在水中，加入1.5kg分散劑，將得到的TiO2漿料在高速分散機上進行高速分散，得到單分散的TiO2漿料；稱取3kgγ-（甲基丙烯酰氧基）丙基三甲氧基硅烷，加20kg無水乙醇稀釋，將含有硅烷偶聯劑的乙醇溶液緩慢滴加到TiO2漿料中；然后滴加10%的氨水調節漿料的pH值至8，在攪拌條件下將TiO2漿料加熱到80℃，并恒溫反應1小時，得到表面經硅烷偶聯劑改性的分散均勻的TiO2漿料；將由甲基丙烯酸甲酯20kg、丙烯酸丁酯20kg和α-甲基丙烯酸5kg組成的混合單體與水80kg、引發劑過硫酸銨1kg、乳化劑壬基酚聚氧乙烯醚硫酸銨2kg進行預乳化，得到預乳化混合單體乳液；往上述的80℃TiO2漿料加入0.3kg引發劑過硫酸銨，引發反應5分鐘，然后將預乳化好的混合單體乳液緩慢加入到上述的TiO2漿料中，加入時間控制在3小時，加入完畢后維持85℃恒溫反應1小時，得到表面經包覆的TiO2漿料。
實施例4
首先對TiO2進行表面改性，將300kg顏料級銳鈦型TiO2粉末加入到1000kg水中，啟動攪拌器攪拌，使TiO2粉末均勻分散在水中，加入1.5kg分散劑，將得到的TiO2漿料在高速分散機上進行高速分散，得到單分散的TiO2漿料；稱取3kg乙烯基三乙氧基硅烷，加20kg無水乙醇稀釋，將含有硅烷偶聯劑的乙醇溶液緩慢滴加到TiO2漿料中；然后滴加10%的氨水調節漿料的pH值至9，在攪拌條件下將TiO2漿料加熱到80℃，并恒溫反應1小時，得到表面經硅烷偶聯劑改性的分散均勻的TiO2漿料；將由甲基丙烯酸甲酯20kg、丙烯酸丁酯20kg和α-甲基丙烯酸5kg組成的混合單體與水80kg、引發劑過硫酸銨1kg、乳化劑壬基酚聚氧乙烯醚硫酸銨2kg進行預乳化，得到預乳化混合單體乳液；往上述的80℃TiO2漿料加入0.3kg引發劑過硫酸銨，引發反應5分鐘，然后將預乳化好的混合單體乳液緩慢加入到上述的TiO2漿料中，加入時間控制在4小時，加入完畢后維持85℃恒溫反應1小時，得到表面經包覆的TiO2漿料。
實施例5
首先對TiO2進行表面改性，將300kg顏料級銳鈦型TiO2粉末加入到1000kg水中，啟動攪拌器攪拌，使TiO2粉末均勻分散在水中，加入1.5kg分散劑，將得到的TiO2漿料在高速分散機上進行高速分散，得到單分散的TiO2漿料；稱取3kg乙烯基三甲氧基硅烷，加20kg無水乙醇稀釋，將含有硅烷偶聯劑的乙醇溶液緩慢滴加到TiO2漿料中；然后滴加10%的氨水調節漿料的pH值至8，在攪拌條件下將TiO2漿料加熱到80℃，并恒溫反應1小時，得到表面經硅烷偶聯劑改性的分散均勻的TiO2漿料；將由甲基丙烯酸甲酯20kg、丙烯酸丁酯20kg和α-甲基丙烯酸5kg組成的混合單體與水80kg、引發劑過硫酸銨1kg、乳化劑壬基酚聚氧乙烯醚硫酸銨2kg進行預乳化，得到預乳化混合單體乳液；往上述的80℃TiO2漿料加入0.3kg引發劑過硫酸銨，引發反應5分鐘，然后將預乳化好的混合單體乳液緩慢加入到上述的TiO2漿料中，加入時間控制在4.5小時，加入完畢后維持85℃恒溫反應1小時，得到表面經包覆的TiO2漿料。
實施例6
首先對TiO2進行表面改性，將300kg顏料級銳鈦型TiO2粉末加入到1000kg水中，啟動攪拌器攪拌，使TiO2粉末均勻分散在水中，加入1.5kg分散劑，將得到的TiO2漿料在高速分散機上進行高速分散，得到單分散的TiO2漿料；稱取3kgγ-（甲基丙烯酰氧基）丙基三甲氧基硅烷，加20kg無水乙醇稀釋，將含有硅烷偶聯劑的乙醇溶液緩慢滴加到TiO2漿料中；然后滴加10%的氨水調節漿料的pH值至9，在攪拌條件下將TiO2漿料加熱到80℃，并恒溫反應1小時，得到表面經硅烷偶聯劑改性的分散均勻的TiO2漿料；將由甲基丙烯酸甲酯20kg、丙烯酸丁酯20kg和α-甲基丙烯酸5kg組成的混合單體與水80kg、引發劑過硫酸銨1kg、乳化劑壬基酚聚氧乙烯醚硫酸銨2kg進行預乳化，得到預乳化混合單體乳液；往上述的80℃TiO2漿料加入0.3kg引發劑過硫酸銨，引發反應5分鐘，然后將預乳化好的混合單體乳液緩慢加入到上述的TiO2漿料中，加入時間控制在3.5小時，加入完畢后維持85℃恒溫反應1小時，得到表面經包覆的TiO2漿料。